가돌리늄(Gd)과 비스무트(Bi)는 각각 양성( T1 ) 자기공명영상(MRI)과 엑스선 컴퓨터 단층촬영(CT)에서 조영제로 활용되는 데 가장 효과적인 원소로 알려져 있다. 이는 Gd3+의 최고 순수 스핀(스핀 = 7/2)과 주기율표 내 비방사성 원소 중 Bi가 갖는 가장 큰 X선 감쇄 계수 때문이다. 그러나 Gd와 Bi를 모두 포함하는 나노입자를 다중모달 MRI–CT 조영제로 활용하는 연구는 제한적이다. 본 연구에서는 콜로이드 안정성 향상과 독성 감소를 위해 폴리(아크릴산)(PAA)로 그래프트된 초소형 BixGd2–xO3 나노입자(x = 0.5, 1, 1.5)를 도입하였다(이하 PAA–BixGd2–xO3). 이들의 수(水) 양성자 스핀 이완도(relaxivity)(r1, r2)와 X선 감쇄 효율(η)의 조성(x) 변화에 대해 조사하였다. PAA–BixGd2–xO3 나노입자의 r1, r2 및 η 값은 Bi 함량(x)이 증가할수록 상승하였으며, x ≈ 1.5에서 최대값을 나타냈다. x = 1.5에서 r1 및 η 값은 각각 상용 MRI 및 CT 조영제에 비해 약 10배(r2/r1 비 = 2.5) 및 8배 더 높았다. 따라서 이들 나노입자는 r1, r2 및 η 값이 현저히 더 높기 때문에 상용 조영제에 비해 Gd/Bi 투여량을 줄일 수 있을 가능성이 있다. 생체 내 T1/음성( T2 ) MRI 및 CT 실험에서 주입 후 조영 증강이 관찰되어, PAA–BixGd2–xO3 나노입자가 다중모달 T1/T2 MRI–CT 조영제로서 유망함을 확인하였다.

산화납(PbO) 나노입자는 Pb(원자번호 = 82)가 주기율표의 모든 비방사성 원소 중 두 번째로 큰 X선 감쇠 계수를 갖기 때문에 X선 조영제의 유망한 후보로 여겨진다. 그러나 PbO 나노입자에 대한 연구는 거의 수행되지 않았다. 본 연구는 폴리올(polyol) 방법을 통해 친수성과 생체적합성을 갖는 중합체-접합(폴리머-그라프트) 초소형 PbO 나노입자를 합성한 최초의 연구이다. 또한 이들의 X선 조영제로서의 잠재력을 시험관 내 및 생체 내에서 조사하였다. 초소형 PbO 나노입자의 표면 접합 중합체로는 세 종류의 중합체, 즉 poly(methyl vinyl ether-alt-maleic acid)(PMVEMA), poly(acrylic acid-co-maleic acid)(PAAMA), poly(acrylic acid)(PAA)가 사용되었다. 합성된 중합체-접합 초소형 PbO 나노입자는 콜로이드 안정성(즉, 침전 없음)을 보였으며, 입자 직경은 거의 단분산에 가까웠고, PAA-, PAAMA-, PMVEMA-접합 초소형 PbO 나노입자에서 각각 평균 입자 직경이 2.0, 1.9 및 2.0 nm로 관찰되었으며, 매우 낮은 세포 수준의 세포독성을 나타냈다. 동일한 원자 농도 및 동일한 수 밀도(number density)를 기준으로 할 때, 중합체-접합 초소형 PbO 나노입자의 X선 감쇠 효율은 상용 조영제 Ultravist에 비해 각각 ∼3배 및 ∼140배 더 높았다. 이들의 X선 조영제 잠재력은 생체 내에서, 마우스에서 정맥 꼬리 주사(intravenous tail) 및 복강내 주사(intraperitoneal) 후 장기에서의 조영 증강(contrast enhancement)을 관찰함으로써 입증되었다. 또한 이 나노입자들은 종양 모델 마우스에서 종양 내 주사(intratumoral) 후 종양 부위에서의 조영 증강을 통해 종양 영상 촬영 능력을 보여주었다.

종양 영상에서 GlcN 효과를 통한 MRI 조영제.

시험관 내(in vitro) MRI 조영제.

가돌리늄(Gd)과 비스무트(Bi)는 각각 양성( T1 ) 자기공명영상(MRI)과 엑스선 컴퓨터 단층촬영(CT)에서 조영제로 활용되는 데 가장 효과적인 원소로 알려져 있다. 이는 Gd3+의 최고 순수 스핀(스핀 = 7/2)과 주기율표 내 비방사성 원소 중 Bi가 갖는 가장 큰 X선 감쇄 계수 때문이다. 그러나 Gd와 Bi를 모두 포함하는 나노입자를 다중모달 MRI–CT 조영제로 활용하는 연구는 제한적이다. 본 연구에서는 콜로이드 안정성 향상과 독성 감소를 위해 폴리(아크릴산)(PAA)로 그래프트된 초소형 BixGd2–xO3 나노입자(x = 0.5, 1, 1.5)를 도입하였다(이하 PAA–BixGd2–xO3). 이들의 수(水) 양성자 스핀 이완도(relaxivity)(r1, r2)와 X선 감쇄 효율(η)의 조성(x) 변화에 대해 조사하였다. PAA–BixGd2–xO3 나노입자의 r1, r2 및 η 값은 Bi 함량(x)이 증가할수록 상승하였으며, x ≈ 1.5에서 최대값을 나타냈다. x = 1.5에서 r1 및 η 값은 각각 상용 MRI 및 CT 조영제에 비해 약 10배(r2/r1 비 = 2.5) 및 8배 더 높았다. 따라서 이들 나노입자는 r1, r2 및 η 값이 현저히 더 높기 때문에 상용 조영제에 비해 Gd/Bi 투여량을 줄일 수 있을 가능성이 있다. 생체 내 T1/음성( T2 ) MRI 및 CT 실험에서 주입 후 조영 증강이 관찰되어, PAA–BixGd2–xO3 나노입자가 다중모달 T1/T2 MRI–CT 조영제로서 유망함을 확인하였다.

산화납(PbO) 나노입자는 Pb(원자번호 = 82)가 주기율표의 모든 비방사성 원소 중 두 번째로 큰 X선 감쇠 계수를 갖기 때문에 X선 조영제의 유망한 후보로 여겨진다. 그러나 PbO 나노입자에 대한 연구는 거의 수행되지 않았다. 본 연구는 폴리올(polyol) 방법을 통해 친수성과 생체적합성을 갖는 중합체-접합(폴리머-그라프트) 초소형 PbO 나노입자를 합성한 최초의 연구이다. 또한 이들의 X선 조영제로서의 잠재력을 시험관 내 및 생체 내에서 조사하였다. 초소형 PbO 나노입자의 표면 접합 중합체로는 세 종류의 중합체, 즉 poly(methyl vinyl ether-alt-maleic acid)(PMVEMA), poly(acrylic acid-co-maleic acid)(PAAMA), poly(acrylic acid)(PAA)가 사용되었다. 합성된 중합체-접합 초소형 PbO 나노입자는 콜로이드 안정성(즉, 침전 없음)을 보였으며, 입자 직경은 거의 단분산에 가까웠고, PAA-, PAAMA-, PMVEMA-접합 초소형 PbO 나노입자에서 각각 평균 입자 직경이 2.0, 1.9 및 2.0 nm로 관찰되었으며, 매우 낮은 세포 수준의 세포독성을 나타냈다. 동일한 원자 농도 및 동일한 수 밀도(number density)를 기준으로 할 때, 중합체-접합 초소형 PbO 나노입자의 X선 감쇠 효율은 상용 조영제 Ultravist에 비해 각각 ∼3배 및 ∼140배 더 높았다. 이들의 X선 조영제 잠재력은 생체 내에서, 마우스에서 정맥 꼬리 주사(intravenous tail) 및 복강내 주사(intraperitoneal) 후 장기에서의 조영 증강(contrast enhancement)을 관찰함으로써 입증되었다. 또한 이 나노입자들은 종양 모델 마우스에서 종양 내 주사(intratumoral) 후 종양 부위에서의 조영 증강을 통해 종양 영상 촬영 능력을 보여주었다.

종양 영상에서 GlcN 효과를 통한 MRI 조영제.

시험관 내(in vitro) MRI 조영제.

혈액에서의 순환 시간을 연장한 나노입자들.

MRI 및 FI 제제.

개선된 안정성 프로파일과 폭넓은 진단 활용성을 갖춘 고도로 강력한 다목적 조영제이다.

나노입자는 평균 직경이 약 2 nm였다. 우리는 시험관 내 세포독성, 자기공명영상 특성(즉, 물 양성자 스핀 이완도), 그리고 X선 영상 특성(즉, X선 감쇠)을 포함한 이들의 물리화학적 특성을 규명하였다.

MRI CAs에 대하여 논의한다.